一、概述
1.存储器分类
按 存储介质 分：
- 半导体器件：分双极型（TTL）和 MOS 管两种
- 磁表面存储器：非易失性
- 磁芯存储器：非易失性，已淘汰
- 光盘：非易失性
按 存储方式 分：
- RAM 随机存储器 Random Access Memory 随机访问 访问时间与物理地址无关
- ROM 只读存储器 Read Only Memory 随机访问 访问时间与物理地址无关
- 顺序存取存储器 串行访问 访问时间与物理地址有关
- 直接存取存储器 串行访问 访问时间与物理地址有关
按 在计算机中作用 分：
2.存储器结构层次
缓存-主存 ：解决 速度 需求
主存-辅存 ：解决 容量 需求
对存储器分层次，很好解决了性能与价格、容量的矛盾
二、主存储器
1.概述
（1）组成结构
（2）与 CPU 联系
（3）存储单元地址分配
- 高位字节地址为字地址
- 低位字节地址为字地址
（4）技术指标
- 存储容量：存储二进制代码总位数 存储容量 = 存储单元个数 *存储字长 存储容量（字节表示） = 存储单元个数 *存储字长 / 8
- 存储速度：用存取时间、存取周期表示
- 带宽：每秒从存储器进出信息的最大数量，单位 字/s 或 字节/s 或 位/s
提高带宽的方法：
- 缩短存取周期
- 增加存储字长，使每个周期可以访问更多数据
- 增加存储体
2.半导体存储芯片
（1）基本结构
（2）译码驱动方式
- 线选法
- 重合法
3.随机存取存储器（RAM）
- 静态 RAM （Static RAM 或 SRAM）
- 动态 RAM （Dynamic RAM 或 DRAM）
| DRAM | SRAM | |
| 存储原理 | 电容 |
触发器 |
| 集成度 | 高 | 低 |
| 芯片引脚 | 少 | 多 |
| 价格 | 低 | 高 |
| 功耗 | 小 | 大 |
| 速度 | 慢 | 快 |
| 刷新 | 有 | 无 |
- 只读存储器 （ROM)
- 掩膜 ROM（MROM）：厂家写入，只读，不可擦除
- PROM ：一次性编程，熔丝烧断为 0
- 可擦洗可编程只读存储器 (EPROM) ：擦除方法 紫外线照射或电气方法
- 闪速存储器（Flash Memory）：较一般 EPROM 重写、擦除速度快，具备 RAM 功能。
4.存储器与 CPU 连接
（1）存储容量扩展
- 位扩展：增加存储字长，如 1K*4 位（10 根地址线 4 根数据线）扩展位 1K*8 位 （10 根地址线 8 根数据线）
- 字扩展：增加存储器字的数量，如 1K*4 位（10 根地址线 4 根数据线）扩展位 2K*8 位 （11 根地址线 8 根数据线）
- 字、位扩展：既增加存储字长又增加存储器字的数量
（2）与 CPU 连接（做两道题就明白了）
参考题目：https://blog.csdn.net/qq_41913072/article/details/85137196
或者 计算机组成原理 P93 （唐朔飞）
5.存储器校验
（1）编码最小距离
- L 编码最小距离
- D 检查错误位数
- C 纠错位数
若 L = 3，则这种编码最多检错 2 位 或 检错 1 位、纠错 1 位。
因此，对于 n 位二进制代码，要能检错并对错误定位，需要增加 k 位检测位，k 应满足：
(2)汉明码（Hanming)
具有 1 位纠错能力的编码，L = 3，采用奇偶校验、分组校验。
对于 k 位 检测位的位置：
分组 如下：
检测位 取值（看几道题就会了）：
纠错方式：
6.提高访存速度
- 用高速元件
- 层次结构
- 调整主存结构
（1）单体多字系统
按地址在一个存取周期可以读出 4 *W 位指令或数据，增加了存储器带宽。
条件：指令和数据在内存中必须连续存放
（2）多体并行系统
由多模块组成，各模块容量相同，存储速度相同，既能并行工作也可交叉工作。
- 高位交叉编址：高位地址表示模块号（体号），低位表示体内地址，各模块并行工作
- 低位交叉编址：低位地址表示表示模块号（体号），高位表示体内地址，各模块轮流工作，在不改变存取周期前提下，增加了存储器带宽。
（3）高性能存储芯片
三、高速缓存存储器（Cache）
1.概述
- 时间局部性：被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用
- 空间局部性：如果一个存储器的位置被引用，那么它附近的位置也会被引用。
（1）Cache 工作原理
- 主存和 Cache 均按块存储，块大小相同（B个字）
，因此每个缓冲块有一个标记，做主存块的标号，表示存的是哪个主存块
（2）命中率
用命中率来衡量 Cache 效率，Cache 容量越大，命中率越高
定义：CPU 要访问的信息在 Cache 中的比率，若访问 Cache n次，主存 m 次，则命中率为
命中率与 Cache 的 容量 和 块长 有关，增大容量或块长，命中率提高，但块长过长，会使缓存中块数减少，命中率下降，块长最好取一个存取周期从主存中取出的信息长度。
（3）Cache -主存系统效率（
）
2.Cache 基本结构
3.Cache 读写
读操作如上图，写操作有两种： 写直达法 和 写回法
- 写直达法：Cache 数据与主存始终一致，每次向 Cache 写入，都向主存写入，写操作时间就是访问主存时间
- 写回法：只把 数据写入 Cache，直到 Cache 块中数据被替换时才写入主存，速度快，但数据可能失效，写操作时间就是访问 Cache 时间
4. Cache-主存地址映像
- 直接映象（固定）
- 全相联映象（灵活）
- 组相联映象（上两种折衷）
- 段相联映象
（1）直接映象
每个主存块固定对应某一个缓存块，一个缓存块可以对应多个主存块，缓存空间利用不充分。
（2）全相联映象
允许主存中每一个字块映象到 Cache 的任意块，成本太高。
（3) 组相联映象
将 Cache 分为 N 组，每组 L 块，每个主存块可以映象到固定的某一组的任一块。
（4) 段相联映象
将主存和 Cache 都分为若干段，每段块数相同，段间采用全相联映象，段内直接映象
5.替换算法
- 先进先出（FIFO）：容易实现，开锁小，但违反局部性原理
- 近期最少使用算法（LRU）
这里书上写的开锁小，但我没弄清楚什么意思，向各位大神请教一下，万分感谢！
四、辅助存储器
即外部存储器，不直接与 CPU 交换信息。
1.磁表面存储器主要技术指标
- 记录密度：磁盘沿半径方向单位长度磁道数
- 位密度（线密度）：单位长度磁道能记录的二进制信息位数
- 存储容量：盘面数 * 每盘面磁道数 * 每条磁道记录二进制代码数
- 数据传输率
- 误码率
2.软盘硬盘比较
| 硬盘 | 软盘 | |
| 速度 | 高 | 低 |
| 磁头 | 固定、活动 | 活动 |
| 盘片 | 固定 | 可换 |
| 价格 | 高 | 低 |
| 环境 | 苛刻 | 苛刻 |
本文中图片均为刘宏伟教授在中国大学MOOC上的课件截图
